Tài liệu Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniắc

  • Số trang: 54 |
  • Loại file: DOC |
  • Lượt xem: 1010 |
  • Lượt tải: 0
tructuyentailieu

Tham gia: 25/05/2016

Hệ thống đang quá tải...vui lòng truy cập lại sau.

Mô tả:

Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc PHẦN MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài : Từ lâu, con người đã biết làm lạnh để bảo quản lương thực và thực phẩm bằng cách cho vào các hang động có các mạch nước ngầm nhiệt độ thấp chảy qua... Ngày nay, kỹ thuật lạnh cơ điện hiện đại đã có những bước tiến rất xa, ngang tầm với các ngành kỹ thuật khác và được ứng dụng rất rộng rãi . Ngành chế biến, bảo quản thực phẩm là lĩnh vực ứng dụng quan trọng nhất của kỹ thuật lạnh. Để bảo quản thực phẩm, ngoài các phương pháp sấy khô, phóng xạ, bao bì, xử lý khí... người ta còn sử dụng phương pháp làm lạnh. Phương pháp làm lạnh có nhiều ưu điểm như ít làm giảm chất lượng, mầu sắc, mùi vị của thực phẩm trong nhiều tháng, nhiều năm, với nước ta có khí hậu nhiệt đới nóng và ẩm, quá trình ôi thiu của thực phẩm diễn ra nhanh chóng, việc sử dụng thiết bị lạnh đã có ý nghĩa kinh tế rất to lớn. Ngày nay, kỹ thuật lạnh đã thâm nhập và và hỗ trợ cho hầu hết các ngành kinh tế khác nhau. Có thể khẳng định rằng để xây dựng một nước Việt Nam giầu mạnh với nền công nghiệp hiện đại, chúng ta không thể không quan tâm đến việc việc xây dựng và phát triển ngành cơ điện lạnh. Hiện nay trong thực tế khoảng 80% máy lạnh sử dụng môi chất lạnh là amôniăc. Amôniăc là môi chất lạnh rẻ tiền, dễ diều chế, dễ vận chuyển, không có tác hại phá huỷ tầng ozon như các môi chất lạnh freon và có năng suất lạnh lớn, Mặc dù các thiết bị sử dụng kỹ thuật lạnh như tủ lạnh, máy kem, máy đá, máy điều hoà nhiệt độ, đã trở nên quen thuộc trong đời sống hàng ngày; các máy và thiết bị lạnh công nghiệp phục vụ trong các ngành chế biến thực phẩm, bia, rượu, sợi, dệt, in ấn, điện tử, vi điện tử, thông tin, bưu chính viễn thông, thể dục thể thao, du lịch cũng đang phát huy tác dụng thúc đẩy nền kinh tế đi lên, nhưng trong thực tế hiểu biết về các phương pháp làm lạnh của bản thân tôi còn rất hạn chế . Với nhận thức như trên, là một sinh viên ngành sư phạm vật lý mặc dù vốn kiến thức về kỹ thuật lạnh còn rất ít ỏi, nhưng bản thân có những ham muốn tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn một số vấn đề kỹ thuật của lĩnh vực này. Với những lý do trên được sự động viên, giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy, cô giáo trong khoa vật lý, bản thân mạnh dạn nghiên cứu và lựa chọn đề tài “ Hệ thống làm lạnh 2 cấp dùng hơi Amôniăc “ làm luận văn tốt nghiệp của mình để trong tương lai tôi có thể phát huy khả năng của mình trong việc giảng dạy những tri thức về kỹ thuật lạnh ở chươnhg trình vật lý phổ thông . II. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 1. Mục đích nghiên cứu : - Tìm hiểu lý thuyết liên quan đến quá trình làm lạnh và kỹ thuật làm lạnh - Nghiên cứu cấu tạo, hoạt động của hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi Amôniăc Hồ Việt Dũng Trang 4 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc 2. Nhiệm vụ nghiên cứu : + Tìm hiểu : Môi chất làm lạnh; chất tải lạnh; các định luật cơ bản, các chu trình nhiệt động áp dụng cho sự vận hành của hệ thống lạnh; các phương pháp làm lạnh; các loại máy lạnh . + Tìm hiểu cấu toạ hoạt động của các thiết bị trong hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc . III. Phương pháp nghiên cứu : 1- Nghiên cứu về lý luận : Dựa trên những cơ sở lý thuyết đã có về kỹ thuật làm lạnh để có thể tìm hiểu kỹ hơn, sâu hơn về cấu tạo và hoạt động của hệ thống lạnh . 2 – Tìm hiểu thực tế tại các xưởng, các nhà máy, các công ty chế biến thuỷ hải sản để quan sát và tìm hiểu cụ thể hơn về hệ thống làm lạnh. Mà cụ thể là công ty xuất nhập khẩu thuỷ hải sản tỉnh Hà Tĩnh IV . Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : 1. Đối tượng nghiên cứu : + Các phương pháp làm lạnh + Cấu tạo và hoạt động của hệ thống lạnh 2. Phạm vi nghiên cứu : Hệ thống máy lạnh 2 cấp, bình trung gian ống xoắn sử dụng môi chất amôniăc để làm lạnh . V. Cấu trúc của đề tài :  Phần mở đầu : - Lý do chọn đề tài - Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu - Đối tượng và phương pháp nghiên cứu  Nội dung : - Chương I : Cơ sở lý luận của đề tài - Chương II : Hệ thống làm lạnh 2 cấp dùng hơi Amôniăc  Kết luận Hồ Việt Dũng Trang 5 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI I - Môi chất và chất tải lạnh : 1. Môi chất lạnh Môi chất lạnh ( còn gọi là tác nhân lạnh, ga lạnh ) là chất môi giới sử dụng trong chu trình nhiệt động ngược chiều để hấp thụ nhiệt của môi trường cần làm lạnh có nhiệt độ thấp và tỏa nhiệt ra môi trường có nhiệt độ cao hơn . 1. 1 . Yêu cầu đối với môi chất lạnh : Do những đặc điểm riêng của chu trình lạnh, hệ thống thiết bị và điều kiện vận hành mà môi chất lạnh cần có các tính chất sau đây : - Phải an toàn không dễ cháy nổ . - Phải trơ, không ăn mòn các vật liệu chế tạo máy, không phản ứng hoá học với dầu bôi trơn, ôxy hoá trong không khí, hơi ẩm và các tạp chất có trong máy lạnh Không phân huỷ, bền vững trong phạm vi áp suất, nhiệt độ làm việc . - Yêu cầu áp suất ngưng tụ không được quá cao (nhỏ hơn 15 đến 20 bar ), áp suất bay hơi không quá thấp ( lớn hơn 1bar ). 1. 2. Sự thay đổi trạng thái vật lý của môi chất : 1.2.1. Sơ đồ sự thay đổi trạng thái của môi chất : Trong các chu trình máy lạnh môi chất luôn thay đổi trạng thái vật lý của nó. Môi chất thường ở hai trạng thái lỏng hoặc hơi ( khí ) và đôi khi ( trong các hệ thống sản xuất đá khô, hoặc ở tình huống xảy ra sự cố ) môi chất ở trạng thái rắn. Giữa ba trạng thái vật lý này có quan hệ với nhau như biểu thị ở hình 1 : Hình 1 : Sơ đồ thay đổi trạng thái của môi chất 1.2.2 . Nhiệt lượng : Là lượng năng lượng được truyền từ vật này sang vật khác trong quá trình trao đổi nhiệt giữa hai vật. Trong hệ SI nhiệt lượng được đo bằng đơn vị Jun. Trước đây người ta đo bằng đơn vị calo ( 1 calo = 4,18 jun ). Hệ đo lường Anh - Mỹ sử Hồ Việt Dũng Trang 6 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc dụng đơn vị nhiệt lượng là BTU viết tắt của chữ ( British thermal unit ) với định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để nâng nhiệt độ 1 bảng nước ( 454 g ) lên 10F . 1 Kcal = 4 BTU = 4,187 Kj Nhiệt lượng được xác định bởi công thức : Q = m . c . Δt Trong đó : Δt = t2 –t1 Hiệu nhiệt độ trước và sau khi cấp nhiệt m khối lượng của vật (kg) ; C nhiệt dung riêng của vật (kJ/Kg.K) 1.2.3. Nhiệt ẩn : Nhiệt ẩn của một chất là nhiệt lượng cần thiết làm cho chất đó thay đổi hoàn toàn về trạng thái vật lý ở điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định . §Ó n¾m ®îc c¸c kh¸i niÖm nhiÖt Èn ta cã thÓ theo dâi qu¸ tr×nh biÕn ®æi nh sau : CÊp nhiÖt cho1 kg níc ®¸ ë –20oC ®Ó ho¸ láng råi thµnh h¬i ë ¸p suÊt khÝ quyÓn P = 1 atm. Qu¸ tr×nh ®ã biÔu diÔn trªn s¬ ®å sau: Hình 2 : Sơ đồ thay đổi trạng thái nước ở áp suất p =1atm Qua s¬ ®å thay ®æi tr¹ng th¸i ( r¾n – láng – h¬i ) ta thÊy : - CÊp 10 Kcal cho níc ®¸, nhiÖt ®é t¨ng ®Õn 00C - Tõ 0oC cÊp thªm 80Kcal, níc ®¸ chuyÓn sang tr¹ng th¸i láng; qu¸ tr×nh nµy nhiÖt ®é kh«ng ®æi. - CÊp thªm 100 Kcal ®Õn ®iÓm A níc nãng lªn ®Õn 1000C. Hồ Việt Dũng Trang 7 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc - TiÕp tôc cÊp nhiÖt, níc sÏ ho¸ h¬i, trong giai ®o¹n nµy nhiÖt ®é kh«ng ®æi t=100oC, khi cÊp ®ñ 539 Kcal, níc ho¸ h¬i hoµn toµn.. - TiÕp tôc cÊp nhiÖt, h¬i níc sÏ t¨ng nhiÖt ®é. NhiÖt lîng qhl = 80 Kcal lµm 1kg níc ®¸ ho¸ láng hoµn toµn nhng kh«ng lµm t¨ng nhiÖt ®é gäi lµ nhiÖt Èn ho¸ láng. NhiÖt lîng qhh = 539 Kcal lµm 1 kg níc ë 1000C ho¸ h¬i hoµn toµn nhng kh«ng lµm t¨ng nhiÖt ®é gäi lµ nhiÖt Èn ho¸ h¬i. NÕu qu¸ tr×nh trªn tiÕn hµnh ngîc l¹i th× : NhiÖt lîng qhh = 539 Kcal /kg gäi lµ nhiÖt Èn ngng tô NhiÖt lîng qhl = 80 Kcal/kg gäi lµ nhiÖt Èn ho¸ r¾n. Nh vËy : - NhiÖt Èn ho¸ láng cña mét chÊt lµ nhiÖt lîng cÇn thiÕt ®Ó lµm cho 1 kg cña chÊt ®ã ë tr¹ng th¸i r¾n chuyÓn hoµn toµn sang tr¹ng th¸i láng ( ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt nhÊt ®Þnh ) ký hiÖu qhl., kJ/kg. - NhiÖt Èn ho¸ h¬i cña mét chÊt lµ nhiÖt lîng cÇn thiÕt ®Ó lµm cho 1 kg cña chÊt ®ã ë tr¹ng th¸i láng biÕn hoµn toµn thµnh h¬i ë ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt kh«ng ®æi, ë qu¸ tr×nh ngng tô nhiÖt lîng thu ®îc b»ng nhiÖt lîng ho¸ h¬i ®ã; ký hiÖu r, kJ/kg. 1.2.4 .Quá trình hoá hơi : Là quá trình chuyển từ thể lỏng sang thể hơi. Sự hoá hơi là khái niệm chung chỉ sự bay hơi hoặc sự sôi . Sự bay hơi của một chất lỏng là sự tạo thành hơi trên bề mặt tự do của chất đó. Sự bay hơi xảy ra ở mọi nhiệt độ, tuy nhiên nó sẽ xảy ra mạnh hơn khi nhiệt độ càng cao, bề mặt thoáng của chất lỏng càng lớn, không khí khí quyển càng khô và thoáng, áp suất càng thấp… Sự sôi là sự hoá hơi mạnh tạo thành bọt hơi trong toàn bộ thể tích chất lỏng . Sự hoá hơi ở đây không chỉ có trên bể mặt chất lỏng mà xày ra cả ở trong lòng chất lỏng . Quá trình sôi tuân theo quy luật sau : - Dưới cùng một áp suất, mội chất lỏng luôn luôn bắt đầu sôi ở cùng một nhiệt độ . - Suốt quá trình sôi nhiệt độ sẽ giữ không đổi nếu áp suất không thay đổi . - Áp suất của hơi bão hoà tạo thành bằng áp suất của chất lỏng Nếu muốn giảm nhiệt độ thì phải giảm áp suất của chất lỏng 1. 3. Phân loại, ký hiÖu vµ môi chất lạnh th«ng dông : 1.3.1. Môi chất lạnh có thể phân loại: - Căn cứ thành phần có thể phân thành môi chất lạnh vô cơ hay môi chất lạnh hữu cơ . Hồ Việt Dũng Trang 8 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc - Căn cứ vào tính độc hại có thể phân thành các loại môi chất rất độc hại, ít độc hại và không độc hại. - Căn cứ tính dễ cháy nổ có thể phân ra loại tuyệt đối an toàn, loại an toàn và nguy hiểm về cháy nổ. 1.3.2. Ký hiệu các môi chất lạnh : + Các freon : Ký hiệu các môi chất lạnh thường bắt đầu từ chữ R ( viết tắt của chữ Refrigerant : tiếng Anh nghĩa là môi chất lạnh ) sau đó là một tập hợp số thường gồm 2 ,3 con số, ví dụ R113, R22, + Các môi chất vô cơ : Vì công thức hoá học của các chất vô cơ đơn giản nên ít khi sử dụng ký hiệu. Tuy nhiên có một số nước quy định ký hiệu cho các môi chất vô cơ như sau : Bắt đầu bằng chữ cái R , sau chữ R là số 7 chỉ môi chất vô cơ sau số 7 là 2 chữ số ghi phân tử lượng làm tròn của chất đó. Ví dụ NH 3 là R717, nước là R718, không khí là R729. Các chất có cùng phân tử lượng phải có dấu hiệu phân biệt như R744 là CO2 còn R744A là N2O. 1.3.3. Các môi chất lạnh thông dụng : + Amoniắc : Là một chất khí không mầu, có mùi rất hắc, công thức hoá học là NH3 kí hiệu là R717 sôi ở ấp suất khí quyển là -33,35 0C . NH3 có tính chất nhiệt động rất tốt đối với chu trình lạnh, hơn nữa NH 3 lại rẻ, dễ điều chế nên chắc chắn nó còn giữ vai trò quan trọng trong kỹ thuật lạnh đặc biệt là đối với máy lạnh nén hơi và hấp thụ. NH3 không ăn mòn các kim loại đen chế tạo máy nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng do đó không sử dụng đồng trong các máy lạnh Amôniắc. NH 3 gây cháy và gây nổ nguy hiểm trong không khí nên cần các biện pháp đề phòng cháy nổ giàn máy và thiết bị, NH 3 độc hại với cơ thể con người và ảnh hưởng không tốt đến chất lượng sản phẩm bảo quản. Nhưng do có mùi hắc nên dẽ phát hiện và dễ phòng tránh . + R22 : Là một chất khí không mầu có mùi thơm, rất nhẹ có công thức hoá học là CHClF2 v à có nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là -40,8 0C. Tính chất của R22 gần giống của R12 nhưng áp suất làm việc cao hơn, năng suất lạnh riêng thể tích lớn hơn 1,6 lần so với R12. R22 không ăn mòn kim loại và các phi kim chế tạo máy nhưng cũng làm trương phồng cao su và một số chất dẻo. R22 không hoà tan nước nên dễ gây ẩm tắc ở các bộ phận tiết lưu . R22 hoà tan dầu hạn chế nên gây nhiều khó khăn cho việc bôi trơn máy nén. R22 cũng thuộc môi chất an toàn không gây cháy nổ và không độc hại nên được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống diều hoà không khí . Ngoài ra còn có một số môi chất nữa như R11, R12, R13… nhưng đã bị cấm sử dụng do gây hiệu ứng nhà kính . 1.4. Các thông số trạng thái của môi chất lạnh : 1.4.1 . Nhiệt độ : Hồ Việt Dũng Trang 9 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Nhiệt độ biểu thị trạng thái nhiệt của vật là nóng hay lạnh. Nhiệt độ chính là mức độ vận động hoặc rung động trung bình của các phân tử trong nội bộ vật chất ở thời điểm đó (Càng làm lạnh vật chất thì mức độ rung động của các phân tử càng nhỏ đi. Nếu làm lạnh vật chất đến nhiệt độ -273,15oC thì tất cả các rung động của phân tử sẽ biến mất t=273,15oC được gọi là “ nhiệt độ không tuyệt đối “ ). Vì nhiệt độ luôn tự động truyền từ vật nóng sang vật lạnh cho nên ta có thể định nghĩa nhiệt độ của một vật chính là tính chất xác định hướng truyền nhiệt giữa vật đó với các vật khác tiếp xúc nó . Hệ đơn vị Anh - Mỹ sử dụng nhiệt độ fahernheit ( oF ) . 1oF = 5/9 oC hoặc có thể tính : toC = 5/9 (toF – 32 ). 1.4.2. Entanpi : Entanpi là năng lượng toàn phần của môi chất trong hệ thống hở xác định bởi trạng thái nhiệt động của môi chất . đơn vị đo trong hệ SI là kJ/kg. kí hiệu của entanpi là H hoặc với một đơn vị khối lượng môi chất kí hiệu là h Biểu thức toán học của entanpi : h = u + pv Ở đây : u - Nội năng của môi chất ( kJ/kg ) p – Áp suất tuyệt đối của môi chất ( Pa ) v - Thể tích riêng của môi chất ( m3/kg ) Biểu thức entanpi cũng giải thích rằng trong hệ thống hở không phải toàn bộ năng lượng nhận vào để làm tăng nội năng của nó mà một phần dùng để sinh công ( thành phần pv ) đưa môi chất từ trạng thái ban đầu tới trạng thái cuối yêu cầu . 1.4.3. Entrôpi : Entrôpi đặc trưng cho chiều trao đổi nhiệt giữa môi chất và môi trường ngoài , entrôpi được ký hiệu là S ( hoặc s - đối với 1kg môi chất ), đơn vị đo trong hệ SI là kJ/kgK. Qua etrôpi nhiệt lượng truyền trong quá trình được biểu thị bằng tích số nhiệt độ tuyệt đối trung bình của môi chất trong quá trình (T m ) với biến đổi entrôpi ∆s trong quá trình đó ( Cũng tương tự như công dãn nở bằng tích số của áp suất trung bình với biến đổi thể tích của môi chất ) : q = Tm ∆s kJ/kg Vậy ∆s = q / Tm kJ/kg.K Và Tm = q / ∆s K Những quan hệ này chỉ đúng với quá trình lý tưởng , thuận nghịch.Tuy nhiên , vì giá trị của ∆s giữa các điểm bất kỳ đặc trưng cho trạng thái của môi chất cũng có ý nghĩa nhất định ( tuỳ theo biểu diễn của quá trình thực ) nên giá trị ∆s đối với các quá trình thực, không thuận nghịch cũng có thể xác định trên cơ sở của ∆s đối với quá trình thuận nghịch xẩy ra giữa cùng hai trạng thái. Trong tất cả các quá trình thực ( không thuận nghịch ) entrôpi của hệ thống luôn luôn tăng do phải tiêu tốn thêm một phần năng lượng để khắc phục trở lực ma sát. Thường thì năng lượng tiêu tốn để khắc phục ma sát được biến thành nhiệt và toả vào môi trường xung quanh. Do vậy, nếu quá trình không thuận nghịch được lặp đi lặp lại nhiều lần thì phải liên tục cung cấp thêm năng lượng cho hệ thống từ một nguồn bên ngoài để bù lại tổn Hồ Việt Dũng Trang 10 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc thất nhiệt vào môi trường xung quanh. Như vậy. quá trình thực tiêu hao năng lượng nhiều hơn . 1.5. Các định luật cơ bản ứng dụng cho sự vận hành của hệ thống lạnh 1.5.1. §Þnh luËt B«il¬ Marièt Víi mét khèi lîng khÝ x¸c ®Þnh, ë nhiÖt ®é kh«ng ®æi th× khi thay ®æi tr¹ng th¸i cña khÝ tøc lµ lµm biÕn thiªn ¸p suÊt vµ thÓ tÝch cña nã, bao giê tÝch sè ¸p suÊt víi thÓ tÝch còng lµ mét h»ng sè: PV = const . Gi¸ trÞ cña h»ng sè (const) tuú thuéc vµo khèi lîng M vµ nhiÖt ®é T cña khÝ ®· x¸c ®Þnh tríc. §Þnh luËt nµy ®îc biÓu diÔn trªn ®å thÞ b»ng mét nh¸nh cña hypepol vu«ng gãc. §êng cong biÓu diÔn ®Þnh luËt Boile Mariot øng víi nhiÖt ®é kh«ng ®æi nªn ®îc gäi lµ ®êng ®¼ng nhiÖt .C¸c ®êng hypepol øng víi c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau cña mét khèi lîng khÝ x¸c ®Þnh hîp thµnh mét hä ®êng hypepol ®¼ng nhiÖt P T1 T2 T3 ( T1 < T2 < T3 ) O H×nh 3 : Hä ®êng ®¼ng nhiÖt V §Þnh luËt Boile Mariot cã tÝnh chÊt gÇn ®óng , nã chØ kh¸ chÝnh x¸c víi ®a sè chÊt khÝ ë nhiÖt ®é gÇn víi nhiÖt ®é thêng trong phßng vµ chÞu ¸p suÊt kh«ng kh¸c xa víi ¸p suÊt khÝ quyÓn l¾m (lóc ®ã chÊt khÝ gièng khÝ lý tëng), ë ¸p suÊt cao kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c ph©n tö chÊt khÝ kh«ng lín l¾m so víi kÝch thíc ph©n tö, chÊt khÝ kh«ng ph¶i lµ chÊt khÝ lý tëng, kh«ng ¸p dông ®îc ®Þnh luËt B«il¬ Mariot. 1.5.2. §Þnh luËt S¸cl¬ Khi thÓ tÝch cña mét khèi lîng khÝ x¸c ®Þnh ®îc gi÷ kh«ng ®æi th×: P  const ®©y T lµ ph¬ng tr×nh ®¼ng tÝch vµ biÓu thÞ ®Þnh luËt Sacl¬. D¹ng ph- ¬ng tr×nh ®¼ng tÝch quen thuéc biÓu thÞ ®Þnh luËt Sacl¬ ®îc viÕt theo nhiÖt ®é b¸ch ph©n: P = P0 (1 +  t ) trong ®ã P0 lµ ¸p suÊt cña mét khèi lîng khÝ x¸c ®Þnh ë nhiÖt ®é 00C. =1/273 , gäi lµ hÖ sè nhiÖt biÕn ®æi ¸p suÊt ®¼ng tÝch cña chÊt khÝ . Khi thÓ tÝch kh«ng ®æi th× ¸p suÊt cña mét khèi lîng khÝ cho tríc biÕn thiªn bËc nhÊt theo nhiÖt ®é (b¸ch ph©n). H×nh 4 lµ ®å thÞ cña c¸c ®êng ®¼ng tÝch P0 Hồ Việt Dũng Trang 11 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc H×nh 4 - 273 0C t0C 0 §Þnh luËt Sacl¬ còng cã tÝnh chÊt gÇn ®óng. 1.5.3. §Þnh luËt Gay -Luytx¾c: Khi ¸p suÊt cña mét khèi lîng khÝ cho tríc ®îc gi÷ kh«ng ®æi th×: V  const T Ph¬ng tr×nh ®¼ng ¸p viÕt díi d¹ng quen thuéc biÓu thÞ ®Þnh luËt Gayluytx¾c, ®ã lµ: V = Vo (1 +  t ) trong đó Vo lµ thÓ tÝch ë nhiÖt ®é 00C.  =1/273, gäi lµ hÖ sè nhiÖt gi·n ®¼ng ¸p cña chÊt khÝ . Tõ ph¬ng tr×nh trªn ®Þnh luËt Gayluytx¾c ®îc ph¸t biÓu nh sau: Khi ¸p suÊt kh«ng ®æi th× thÓ tÝch cña mét khèi lîng khÝ cho tríc biÕn thiªn bËc nhÊt theo nhiªt ®é (b¸ch ph©n). H×nh 5 lµ ®å thÞ c¸c ®êng ®¼ng ¸p. V H×nh 5 - 273 0C V0 0 t0C §Þnh luËt Gay-luyx¨c cã tÝnh chÊt gÇn ®óng 1.5.4. §Þnh luËt nhiÖt ®éng thø nhÊt : X¸c ®Þnh nhiÖt vµ c«ng biÕn ho¸ cho nhau theo tû lÖ t¬ng ®¬ng. quan hÖ ®ã ngêi ta gäi lµ ®¬ng lîng nhiÖt cña c«ng. Mét nhiÖt lîng 1J t¬ng ®¬ng mét c«ng c¬ häc b»ng 1 Nm. VÝ dô : NÕu cã 1 xi lanh kÝn, gi÷a xi lanh vµ pÝt t«ng chøa mét khèi lîng khÝ, nÕu ta cÊp nhiÖt cho khèi khÝ, khèi khÝ d·n në vµ ®Èy pÝt t«ng thùc hiÖn 1 c«ng. Hồ Việt Dũng Trang 12 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc NÕu ta t¸c dông vµo pitt«ng 1 c«ng th× pÝt t«ng sÏ nÐn khÝ, khèi khÝ sÏ nãng lªn vµ th¶i nhiÖt lîng Q ra ngoµi. 1.5.5. §inh luËt nhiÖt ®éng thø 2 : VÒ ®iÒu kiÖn truyÒn nhiÖt tõ vËt thÓ nµy sang vËt thÓ kh¸c, ®Þnh luËt nhiÖt ®éng thø 2 ph¸t biÓu nh sau : NhiÖt chØ cã thÓ truyÒn tõ mét vËt cã nhiÖt ®é cao sang vËt cã nhiÖt ®é thÊp vµ kh«ng bao giê truyÒn ngîc l¹i. NÕu muèn thùc hiÖn mét dßng nhiÖt theo chiÒu ngîc l¹i tøc lµ truyÒn nhiÖt tõ vËt cã nhiÖt thÊp ®ªn vËt cã nhiÖt ®é cao cÇn ph¶i tiÕu tèn n¨ng lîng. HiÖn tîng nµy gièng nh hiÖn tîng níc ch¶y; níc chØ cã thÓ tù ch¶y tõ n¬i cao xuèng n¬i thÊp, muèn níc ch¶y tõ n¬i thÊp ®Õn n¬i cao cÇn ph¶i cã b¬m níc. Nh vËy muèn truyÒn nhiÖt tõ n¬i thÊp ®Õn n¬i cao cÇn ph¶i cã b¬m nhiÖt (m¸y l¹nh ) vµ ph¶i tèn c«ng ( c¬ hoÆc nhiÖt, ®iÖn); ®é chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a c¸c vËt cµng cao th× cµng khã b¬m vµ c«ng tiªu thô cµng lín.Trong m¸y l¹nh nÐn h¬i n¨ng lîng tiªu tèn chÝnh lµ c«ng ®Ó quay m¸y nÐn, m«i chÊt l¹nh bay h¬i sÏ thu nhiÖt tõ vËt cÇn lµm mÊt nhiÖt vµ chuyÓn ra m«i trêng xung quang cã nhiÖt ®é cao h¬n t¹i thiÕt bÞ ngng tô. 2. Chất tải lạnh 2.1 §Þnh nghÜa Chất tải lạnh là môi chất trung gian tải lạnh từ máy và thiết bị lạnh đến nơi tiêu thụ lạnh. Người ta sử dụng chất tải lạnh trong các trường hợp sau : - Khó sử dụng trực tiếp giàn bay hơi để làm lạnh sản phẩm . - Môi chất lạnh có tính độc hại và có ảnh hưởng không tốt đến môi trường và sản phẩm bảo quản . - Khi có nhiều hộ tiêu thụ lạnh và khi hộ tiêu thụ lại ở xa trung tâm cung cấp lạnh.Ở đây, nếu dùng dàn bay hơi trực tiếp sẽ rất bất tiện vì đường ống môi chất dài và phức tạp tốn môi chất lạnh, việc phát hiện rò rỉ khó khăn, tổn thất áp suất lớn, việc phân phối đều môi chất lỏng cho các dàn bay hơi cũng khó khăn. Tất cả các nhược điểm này đều có thể khắc phục được khi dùng chất tải lạnh . Nhược điểm cơ bản của hệ thống lạnh dùng chất tải lạnh là : - Hiệu suất nhiệt kém hơn, hệ số làm lạnh giảm và hiệu quả chu trình lạnh giảm . - Thiết bị cồng kềnh hơn vì tốn thêm nhiều thiết bị cho vòng tuần hoàn chất taỉ lạnh, vốn đầu tư ban đầu tăng . Có thể phân loại chất tải lạnh theo các đặc điểm sau : - Căn cứ vào các pha của môi chất có thể phân ra chất tải lạnh khí, lỏng hoặc rắn . - Căn cứ vào thành phần hoá học có thể phân ra các loại chất lạnh vô vơ, hữu cơ như nước nước muối, dung dịch cồn, rượu, các hydro các bon và các loại freôn. Hồ Việt Dũng Trang 13 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc - Căn cứ vào tính chất sử dụng phân ra chất tải lạnh sử dụng một lần như nước đá, đá khô, nitơ lỏng và chất tải lạnh tuần hoàn như nước muối, glycol … 2.2. Yêu cầu đối với chất tải lạnh Cũng như môi chất lạnh, chất tải lạnh lí tưởng cần có các tính chất sau đây : - Điểm đông đặc phải thấp hơn nhiệt độ bay hơi yêu cầu nhiều. Trong thực tế phải có hiệu nhiệt độ an toàn là 5 oK. Ví dụ nếu nhiệt độ bay hơi yêu cầu là -15 oK thì nhiệt độ đông đặc của chất tải lạnh ít nhất phải đạt -20oK hoặc thấp hơn nữa . - Nhiệt độ sôi phải đủ cao để không bị bay hơi vào môi trường khi máy lạnh không hoạt động, nghĩa là phải không tæn thÊt do dễ bay hơi. Đối với các chất dễ bay hơi như cồn rượu các freôn .. phải cho tuần hoàn trong hệ thống kín để tránh tổn thất do bay hơi . - Không được ăn mòn thiết bị, gây han rỉ đối với máy móc và thiết bị làm giảm tuổi thọ gây ra hỏng hóc. Không gây cháy nổ. Không độc hại đối với cơ thể sống không làm mất phẩm chất hàng hoá bảo quản . - Hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng càng lớn càng tốt vì chất tải lạnh có tính chất trao đổi nhiệt tốt và khả năng trữ lạnh lớn . - Độ nhớt và khối lượng riêng càng nhỏ càng tốt vì độ nhớt nhỏ, tổn thất áp suất trên đường ống giảm, công tiêu tốn cho việc tuần hoàn chất tải lạnh giảm, khối lượng riêng nhỏ cũng giảm công bơm đông thời tăng hệ số trao đổi nhiệt . - Cần có tính kinh tế tốt nghĩa là rẻ tiền, dễ kiếm, dễ vận chuyển và bảo quản 2.3. Một số chất tải lạnh thường dùng + Nước : Nước có công thức hoá học là H 2O điểm hoá rắn ở 00C, điểm sôi là 1000C ở áp suất khí quyển. Nước là chất tải lạnh lý tưởng vì nó đáp ứng hầu hết các yêu cầu đã nêu nhưng nó có một nhược điểm là điểm hoá rắn quá cao nên chỉ áp dụng được cho nhiệt độ dương trên 00C như điều hoà không khí, bảo quản lạnh thực phẩm rau quả trên 00C + Nước muối : Nước muối là dung dịch của nước với một loại muối nào đó. Nhiệt độ đông đặc của nước muối là phụ thuộc vào loại muối và nồng độ muối trong dung dịch. Trong kỹ thuật lạnh người ta hay sử dụng muối ăn NaCl và muối clorua CaCl2. Dung dịch muối ăn rẻ tiền, dễ kiếm nhất nhưng nhiệt độ đông đặc thấp nhất có thể chỉ đạt được chỉ là -21,2oC nên chỉ sử dụng được cho nhiệt độ đến -15 oC Nếu cần nhiệt độ thấp hơn phải sử dụng dung dịch muối CaCl 2. Ngoài ra còn có thể sử dụng các dung dịch muối khác như K2CO3 và MgCl2 . Tính chất chung của các muối là an toàn, không cháy nổ, không độc hại nhưng ăn mòn mạnh kim loại chế tạo máy. Tuy nhiên độ ăn mòn tuỳ thuộc vào loại dung dịch muối, và thành phần kim loại khác nhau. Chính vì vậy đối với từng ứng dụng cụ thể trong công nghiệp mà có thể chọn dung dịch muối thích hợp. Ngày nay có nhiều xí nghiệp chuyên sản xuất các loại chất tải lạnh công nghiệp các chất tải lạnh này hạn chế được mức độ ăn mòn kim loại thấp nhất . II – Các phương pháp làm lạnh : Hồ Việt Dũng Trang 14 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Muốn làm lạnh một vật ta phải lấy nhiệt độ ra khỏi vật đó, để nhiệt độ của vật đó giảm đến nhiệt độ yêu cầu. Đó là nguyên tắc chung của phương pháp làm lạnh, dưới đây là một số phương pháp làm lạnh dựa theo nguyên tắc này: 1 . Sử dụng hiệu ứng điện - nhiệt ( J.Peltier ): Năm 1821 Seebeck (Đức) đã phát hiện ra rằng trong một vòng dây dẫn kín gồm 2 kim loại khác nhau, nếu đốt nóng một đầu nối và làm lạnh một đầu kia thì sẽ xuất hiện một dòng điện trong dây dẫn. Đến năm 1834 Peltier ( Mỹ ) phát hiện ra hiện tượng ngược lại là nếu cho một dòng điện một chiều đi qua một vòng dây dẫn kín gồm 2 kim loại khác nhau thì một đầu nối sẽ nóng lên còn đầu kia sẽ lạnh đi . Hiệu ứng Peltier được gọi là hiệu ứng nhiệt điện và được sử dụng trong đo đạc nhiệt độ và cả trong kỹ thuật lạnh . 2 . Sử dụng sự giãn nở của chất khí : Chúng ta đã biết nhiệt độ của chất khí luôn tỷ lệ thuận với áp suất của nó . Nếu ta thực hiện quá trình giảm áp suất ( giãn nở ) sẽ kéo theo sự giảm nhiệt độ , sau đó sẽ thực hiện quá trình nhận nhiệt của vật ở nhiệt độ thấp này . Đây chính là chu trình máy lạnh không khí ( môi chất là không khí ) 3 . Sử dụng hiệu tiết lưu đoạn nhiệt Joule – Thomson: Chúng ta đã biết rằng khi chất khí hoặc hơi ở nhiệt độ ban đầu nhỏ hơn nhiệt độ chuyển biến pha hơi ( cùng áp suất ) qua tiết lưu nhiệt độ của khí hoặc hơi giảm . Đây chính là nguyên lý của máy lạnh hoá lỏng các chất khí . 4 . Sử dụng nhiệt chuyển pha ở nhiệt độ thấp : Ta biết rằng áp suất của chất lỏng khi đi qua van tiết lưu sẽ giảm, điều này kéo theo nhiệt độ sôi tương ứng giảm. Dùng môi chất nhận nhiệt của vật cần làm lạnh để bốc ở nhiệt độ thấp này là nguyên lý của các máy lạnh thông thường ( máy lạnh có máy nén , máy hơi lạnh hấp thụ ) . Người ta sử cũng có thể sử dụng nhiệt nóng chảy hoặc thăng hoa trong quá trình biến từ pha rắn sang pha lỏng hoặc từ pha rắn sang pha hơi của một số chất ở nhiệt độ thấp . 5 . Sử dụng hiệu ứng xoáy : Hiệu ứng xoáy do Rank tìm ra năm 1931: Khi cho một dòng khí ( ví dụ không khí ) qua vòi phun vào một ống theo phương tiếp tuyến với chu vi ống, người ta nhận được hai dòng khí đi ra ở hai phía ống có nhiệt độ khác nhau. Sử dụng dòng khí lạnh có nhiệt độ thấp là nguyên lý của máy lạnh dựa trên hiệu ứng xoáy . 6. Phương pháp hoà trộn lạnh : Cách đây 2000 năm, người Trung Quốc và Ấn Độ đã biết làm lạnh bằng cách hoà trộn muối và nước theo một tỷ lệ nhất định. Nếu hoà trộn 31 gam NaNO 3 và 31 gam NH4Cl với 100 gam nước ở nhiệt độ 10 o-C thì hỗn hợp sẽ giảm nhiệt độ đến -12oC Hoặc nếu hoà trộn 200 gam CaCl2 với 100g nước đá vụn, nhiệt độ sẽ giảm từ 0oC xuống đến mức -42oC. Hiệu ứng này cũng xảy ra khi hoà trộn muối ăn với nước hoặc nước đá nhưng ở mức độ kém hơn. Hồ Việt Dũng Trang 15 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Cho đến đầu thế kỷ XX ở Mỹ vẫn còn bán các lại muối làm lạnh. Sau khi sử dụng hỗn hợp dùng làm phân bón rất tiện lợi. Ngày nay người ta vẫn sử dụng nước đá muối để ướp cá mới đánh bắt khi cần bảo quản cá ở nhiệt độ thấp hơn 0oC . Nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là giá thành muối cao và phần lớn muối có tính ăn mòn mạnh. 7. Bay hơi chất lỏng : Quá trình bay hơi chất lỏng bao giờ cũng gắn liền với quá trình thu nhiệt. Nhiệt lượng cần thiết để bay hơi một kg chất lỏng gọi là nhiệt ẩn hoá hơi. Vì nhiệt ẩn hoá hơi của chất lỏng bao giờ cũng lớn hơn rất nhiều nhiệt ẩn hoá rắn nên hiệu ứng lạnh lớn hơn . Chất lỏng bay hơi đóng vai trò là môi chất lạnh và chất tải lạnh quan trọng trong kỹ thuật lạnh . Nitơ lỏng được coi là chất tải lạnh quan trọng. Nhiều trường hợp, nitơ lỏng vừa là chất tải lạnh vừa là chất để bảo quản vì nitơ là loại khí trơ có tác dụng kìm hãm các quá trình sinh hoá trong sản phẩm bảo quản . Nitơ lỏng sôi ở nhiệt độ - 196oC. Nhiệt ẩn hoá hơi 200 kJ/kg. Nếu tăng lên nhiệt độ 0oC nitơ cũng thu thêm một lượng nhiệt khoảng 200 kJ/kg. Như vậy năng suất lạnh riêng q0 gần bằng 400 kJ/kg ở nhiệt độ 0oC . Các môi chất lỏng cho máy lạnh nén hơi, hấp thụ và ejecto là amôniắc, nước, các freôn đều thực hiện quá trình thu nhiệt ở môi trường lạnh bằng quá trình bay hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp và th¶i nhiệt ra môi trường bằng quá trình ngưng tụ ở áp suất cao và nhiệt độ cao . 8. Hoá lỏng hoặc thăng hoa vật rắn : Hóa lỏng và thăng hoa vật rắn để làm lạnh là phương pháp chuyển pha của các chất tải lạnh như nước đá và đá khô . Nước đá khi tan ở 0oC thu một nhiệt lượng 333kJ ( ≈ 79,5 kcal ). Nếu cần nhiệt độ thấp hơn, phải hoà trộn đá vụn với muối ăn hoặc muối CaCl 2 . Nhiệt độ thấp nhất có thể đạt được với nước đá muối là -21,2 oC ở nồng độ muối 23% trong nước đá . Nước đá và nước đá muối được sử dụng rộng rãi nhất là trong công nghiệp đánh bắt hải sản vì các ưu điểm rẻ tiền, không độc hại và nhiệt ẩn hoá lỏng lớn, nhược điểm là gây ẩm ướt cho sản phẩm bảo quản. Nước muối đá có tính ăn mòn cao. Đá khô là cacbônic ở dạng rắn. Khi sử dụng, nó chuyển từ dạng rắn sang dạng hơi, không để lại lỏng nên gọi là đá khô. Ngày nay đá khô có ý nghĩa công nghiệp rộng lớn, đặc biệt dùng để làm lạnh trên phương tiện vận tải. Nhiệt ẩn thăng hoa của đá khô là 572,2 kJ/kg ở nhiệt độ -78,5 oC . Khi tăng lên đến 00C năng suất lạnh riêng của đá khô là 637,3 kJ/kg . Đá khô có rất nhiều ưu điểm: nhiệt ẩn thăng hoa lớn, năng suất lạnh thể tích lớn , không là ẩm ướt sản phẩm , CO 2 có khả năng kìm hãm vi sinh vật phát triển, nhược điểm lớn nhất là đá khô khá đắt tiền . 9. Phương pháp khử từ đoạn nhiệt Hồ Việt Dũng Trang 16 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Đây là phương pháp sử dụng trong kỹ thuật cryô để hạ nhiệt độ của các mẫu thí nghiệm từ nhiệt độ sôi của Hêli (3 đến 4K ) xuống gần nhiệt độ không tuyệt đối khoảng 1đến 3K . Nguyên tắc làm việc như sau : Người ta sử dụng một loại muối nhiễm từ , ở quá trình nhiễm từ giữa 2 cực từ mạnh , các tinh thể được sắp xếp thứ tự , muối toả ra một lượng nhiệt nhất định , lượng nhiệt này truyền ra ngoài để bay hơi hêli lỏng . Quá trình nhiễm từ và toả nhiệt kết thúc , từ trường bị ngắt , muối bị khử từ đoạn nhiệt , nhiệt độ giảm đột ngột và tạo ra một năng suất lạnh q o . Lặp lại các quá trình đó nhiều lần người ta có thể tạo ra nhiệt độ lạnh rất thấp . III – Chu trình nhiệt động : Chu trình là một chuỗi quá trình khép kín , nghĩa là sau mỗi chu trình hệ trở lại trạng thái xuất phát hay trạng thái ban đầu .Ta biết rằng muốn biến nhiệt thành công trong các máy nhiệt phải dùng môi chất và cho môi chất giãn nở. Nhưng môi chất không thể giãn nở mãi vì kích thước máy có hạn. Vì vậy muốn nhận được công liên tục sau khi giãn nở phải nén môi chất để trở về trạng thái ban đầu rồi tiếp tục giãn nở, nén lần hai …Môi chất thay đổi trạng thái một cách liên tục rồi trở lại về trạng thái ban đầu như vậy , ta nói rằng môi chất đã thực hiện một chu trình hay một quá trình khép kín . 1. Chu trình thuận chiều (động cơ nhiệt ) : Là chu trình tiến hành theo chiều kim đồng hồ ( trên các đồ thị trạng thái ) , chu trình này biến nhiệt thành công , ở đây công sinh ra nên có dấu dương ( lo > 0 ) . 2. Chu trình ngược chiều : Là chu trình tiến hành ngược chiều kim đồng hồ ( trên các đồ thị trạng thái ) chu trình ngược chiều là chu trình của máy lạnh và bơm nhiệt , trong đó thực hiện quá trình chuyển nhiệt năng từ nguồn có nhiệt độ thấp đến nguồn có nhiệt độ cao dưới tác dụng của năng luợng bên ngoài. Tuỳ theo mục đích sử dụng ta chia chu trình ngược chiều thành : + Chu trình máy lạnh ( nhiệt lấy từ nguồn lạnh là có ích ). + Chu trình bơm nhiệt ( nhiệt nhả cho nguồn nóng là có ích). Tuy nhiên về chu trình làm việc của chúng hoàn toàn giống nhau, chỉ khác nhau ở khoảng nhiệt độ làm việc T1 của nguồn nóng và T2 của nguồn lạnh . Với máy lạnh , T1 là nhiệt độ của môi trường ( không khí , nước làm mát ) còn T2 là nhiệt độ cần làm lạnh . Với bơm nhiệt , T 1 là nhiệt độ cần cho quá trình đốt nóng , T2 là nhiệt độ môi trường Thông thường người ta chế tạo máy lạnh và máy bơm nhiệt riêng biệt , tuy nhiên cũng có thể chế tạo một loại gọi là máy biến nhiệt tổng hợp , trong đó sử dụng nhiệt q1( cho đốt nóng ) và q2 ( cho làm lạnh ) . IV – Các loại máy lạnh thông dụng Máy làm lạnh là thiết bị dùng để lấy nhiệt khỏi vật cần làm lạnh bằng cách hạ nhiệt độ vùng cần làm lạnh xuống thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh để nhiệt độ của vật giảm đến nhiệt độ yêu cầu ( làm việc theo chu trình ngược chiều ) Hồ Việt Dũng Trang 17 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Thông thường máy làm lạnh tạo ra nhiệt độ từ : -100C đến -150C . Có nhiều kiểu máy lạnh khác nhau như : Máy lạnh nén hơi , máy lạnh hấp thụ , máy lạnh nén khí , máy lạnh Ejectơ , máy lạnh nhiệt điện …. Đề tài chØ tËp trung nghiªn cøu máy lạnh nén hơi. Máy lạnh nén hơi là loại máy lạnh có máy nén cơ để hút hơi môi chất có áp suất thấp và nhiệt độ thấp ở thiết bị bay hơi và nén lên áp suất cao và nhiệt độ cao đẩy vào thiết bị ngưng tụ . Môi chất lạnh trong máy nén hơi có biến đổi pha ( bay hơi ở thiết bị bay hơi và ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ ) trong chu trình máy lạnh . CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG LÀM LẠNH HAI CẤP DÙNG HƠI AMÔNIĂC I – Amôniăc Amôniăc có công thức hoá học là NH 3, ký hiệu là R717 ( R chữ đầu của Refrigerant – môi chất lạnh, chữ số 7 đầu là chữ số ký hiệu môi chất vô cơ ). NH 3 có tính chất nhiệt động tốt phù hợp với chu trình máy lạnh nén hơi dùng máy nén pittông + Tính chất vật lý : - Là một chất khí không màu, có mùi rất hắc, rất dễ hoà tan trong nước ( một lít nước có thể hoà với 1,14 thể tích NH 3 ở 32oF ), lỏng NH3 có nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển là –33,35oC - Hệ số dẫn và trao đổi nhiệt lớn, độ nhớt nhỏ, tình lưu động cao nên tổn thất áp suất nhỏ , đường ống và van gọn nhẹ nên thuận lợi cho việc chế tạo , thiết kế các thiết bị ngưng tụ và bay hơi … - Có tính chất dẫn điện nên không sử dụng được cho máy nén kín và nửa kín . - Trong điều kiện mùa hè ở Việt Nam, áp suất ngưng tụ tương đối cao, không hoà tan dầu nên khó bôi trơn các chi tiết chuyển động của máy nén , do đó cần phải duy trì áp lực bơm dầu cần thiết để đảm bảo bôi trơn máy . - Hoà tan nước không hạn chế nên van tiết lưu không bị tắc ẩm tuy nhiên hàm lượng nước phải khống chế dưới 0,1% . - Nhiệt độ cuối tầm nén rất lớn nên phải làm mát đầu xilanh bằng nước và phải hút hơi bão hoà . - Năng suất lạnh riêng thể tích lớn nên máy nén và thiết bị gọn nhẹ . - Áp suất bay hơi thường lớn hơn 1 bar và chỉ bị chân không ở máy lạnh 2 cấp nhiệt độ bay hơi nhỏ hơn –33,4oC Hồ Việt Dũng Trang 18 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc + Tính chất hoá học : - Không ăn mòn các chất phi kim loại và kim loại đen chế tạo máy nhưng ăn mòn đồng và các hợp kim của đồng trừ đồng thau Phốt pho, do đó, không sử dụng đồng và hợp kim đồng trong máy lạnh amôniac . - Bình thường NH3 phân huỷ thành nitơ và hyđrô ở nhiệt độ 260 oC nhưng khi có mặt ẩm và bề mặt xilanh bằng thép làm xúc tác thì phân huỷ ngay ở nhiệt độ 110 0C– 120oC. Bởi vậy cần làm mát tốt đầu xilanh của máy nén và hạn chế nhiệt độ cuối tầm nén càng thấp càng tốt . + Tính chất sinh lý : - Amôniac độc hại đối với cơ thể con người , gây kích thích niêm mạc của mắt , dạ dày , gây co thắt cơ quan hô hấp , làm bỏng da . Ở nồng độ 0,07 – 0,1 % thể tích không khí , bắt đầu có sự huỷ hoại ở cơ quan hô hấp . Từ 0,2 – 0,3 % có thể làm mù mắt hoặc làm chết người trong 30 phút . Nhưng amôniac có mùi khó ngửi ,hắc nên có thể phát hiện ngay để phòng tránh . - Amôniac làm giảm chất lượng thực phẩm bảo quản . + Tính an toàn cháy nổ : - Amôniac gây cháy và gây nổ trong không khí. Ở nồng độ 13,5 – 16 % , amoniăc bốc cháy ở nhiệt độ 6510C vì vậy các giàn máy âmôniac không được dùng ngọn lửa trần và phải được thông thoáng thường xuyên . - Amôniac hỗn hợp với thuỷ ngân gây nổ rất nguy hiểm nên tuyệt đối không sử dụng áp kế thuỷ ngân cho aamôniac . + Tính kinh tế : - Amôniac là mội chất lạnh rẻ tiền, dễ điều chế, vận chuyển bảo quản tương đối dễ dàng . - Amôniac được sử dụng trong các máy lạnh có năng suất lớn và rất lớn vì vậy tuy độc hại nhưng amôniac vẫn là chất lạnh được sử dụng rộng rãi và chỉ được sử dụng cho máy nén pittông không ứng dụng cho máy tua bin vì tỉ số áp suất rất nhỏ . - Nhiệt độ bay hơi có thể đạt –600C . Nó có khả năng báo hiệu sự rò rỉ bằng mùi hắc rất đặc biệt . Đặc tính - Ẩn nhiệt bốc hơi ở T5oF - Điểm sôi (Ở áp suất 14,7 PSIA ) - Điểm đông đặc (Ở áp suất 14,7 PSIA ) - Nhiệt độ khẩn hạn - Áp suất khẩn hạn - Tỷ lệ sức ép giữa 5oF và 86oF - Tỷ lệ ở thể lỏng giữa 5oF và 86oF - Số lượng di chuyển để tạo 1 tấn lạnh - Số mã lực để tạo 1 tấn lạnh Hồ Việt Dũng Trị số 565BTU/giờ -280 F -107,90 F 271,40 F 1,675 PSIA 4,94 1,12 0,42 Lb/Phút 0.99 Hp Trang 19 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Ẩn nhiệt của amôniac rất cao như 565 BTU ở 5 0 F nhờ vậy, một hệ thống làm lạnh sử dụng âmôniac dưới hình thức nhỏ có thể hút được một số nhiệt rất lớn. II . Hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi Như ta đã nói ở phần truớc, máy lạnh nén hơi là loại máy lạnh có máy nén cơ để hút hơi môi chất có áp suất thấp và nhiệt độ thấp ở thiết bị bay hơi và nén lên áp suất cao và nhiệt độ cao đẩy vào thiết bị ngưng tụ. Hình vẽ 6 giới thiệu sơ đồ thiết bị của máy lạnh nén hơi đơn giản. Bình ngưng tụ NT được làm mát bằng nước và thải lượng nhiệt QK , Bình bốc hơi BH thu lượng lạnh Q0 của môi trường trực tiếp hoặc gián tiếp qua nước muối. Hình 6 . Sơ đồ nguyên lý máy lạnh nén hơi MN- Máy nén ; NT - Thiết bị ngưng tụ ; TL – Van tiết lưu. Máy lạnh nén hơi gồm có 4 bộ phận chính là máy nén, thiết bị ngưng tụ, van tiết lưu và thiết bị bay hơi. Chúng được nối với nhau bằng đường ống theo thứ tự như biểu diễn trên hình vẽ. Môi chất lạnh tuần hoàn và biến đổi pha trong hệ thống lạnh. Các quá trình cơ bản được biểu thị trên đồ thị T – S như hình 7 : 1 - 2 : Quá trình nén đoạn nhiệt hơi sinh ra ở thiết bị bay hơi . 2 - 3 : Quá trình ngưng tụ hơi ở áp suất cao và nhiệt độ cao . 3 - 4 : Quá trình tiết lưu. 4 - 1 : Quá trình bay hơi ở áp suất thấp và nhiệt độ thấp tạo ra hiệu ứng lạnh . Các loại môi chất thường là Amoniăc và các loại Freôn. Tuỳ theo môi chất sử dụng trong máy mà hệ thống có đặc điểm riêng và cần một số thiết bị phụ riêng . 2.1. Sự làm lạnh bằng phương pháp hoá hơi Hiện nay hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi được sử dụng rất rộng rãi . Hệ thống này ứng dụng nguyên tắc : nén , làm nguội , hoá hơi và nén lại để thực hiện qui trình làm lạnh . Hồ Việt Dũng Trang 20 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Như ta đã biết làm lạnh là quy trình loại bỏ nhiệt và đưa nhiệt đến vị trí khác đồng thời duy trì nhiệt độ ở không gian làm lạnh thấp hơn so với xung quanh . Có hai cách để làm hoá hơi chất lỏng đó là : Cung cấp nhiệt cho chất lỏng hoặc giảm áp suất tác dụng đối với chất lỏng . Theo cách thứ hai ta cần lưu ý hai điểm cơ bản : - Chất lỏng khi hoá hơi sẽ hấp thụ nhiệt môi trường nhưng không thay đổi nhiệt độ ( chỉ thay đổi trạng thái vật lý ) - Hơi chất làm lạnh có thể chuyển sang trạng thái lỏng trong quá trình ngưng tụ bằng cách tăng áp suất . Như vậy sự ngưng tụ được thực hiện do nhiệt độ và áp suất cao tác dụng lên chất làm lạnh . Chất làm lạnh được sử dụng theo phương pháp này có thể được tái sử dụng nhiều lần không bị tổn thất nếu không bị rò rỉ ra bên ngoài và không làm giảm tác dụng làm lạnh khi không bị nhiễm bẩn . 2.2.Chu trình làm lạnh cơ bản: Có nhiều kiểu hệ thống làm lạnh khác nhau , tuỳ theo kiểu máy nén hoặc kiểu thiết bị điều khiển lưu lượng , nhưng chu trình làm lạnh đều như nhau Hình 8 Hình 9 aaaaaa Sơ đồ hình 8 trên biểu thị chu trình làm lạnh trong hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi . Chúng ta có thể bắt đầu từ số 1 ( máy nén MN ) . Hơi môi chất làm lạnh bị nén trong máy nén đến áp suất cao ( từ 15 đến 20bar ) và nhiệt độ cao ( quá trình 1-2 trên hình 9 ) được đưa vào bộ ngưng tụ thông qua ống dẫn . Trong bộ ngưng tụ NT , hơi được giải nhiệt bằng chất làm nguội . Hơi sẽ nguội dần và ngưng tụ thành chất lỏng có áp suất cao và nhiệt độ cao ( quá trình 2 -3’ ), ở đây có sự làm lạnh sâu ( quá lạnh QL) . Mục đích làm lạnh sâu là để giảm lượng khí trong thiết bị điều khiển lưu lượng , cho phép tăng hiệu suất . Hồ Việt Dũng Trang 21 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Trước khi đến thiết bị điều khiển lưu lượng chất làm lạnh lỏng đi qua bộ sấy lọc để loại bỏ tạp chất khỏi chất làm lạnh tránh làm nghẹt đường ống và thiết bị điều khiển lưu lượng . Chất lỏng lưu động qua ống dẫn đến thiết bị điều khiển lưu lượng ở cửa vào của bộ bốc hơi BH . Tại điểm này chất làm lạnh gặp van tiết lưu TL làm cho áp suất giảm từ áp suất ở đường dẫn lỏng đến áp suất cần thiết trong bộ bốc hơi ( qu á trình 3-4) do tính chất của van tiết lưu và do tác dụng hút của máy nén. Chất làm lạnh bắt đầu thu nhiệt và hoá hơi khi đi qua bộ bốc hơi BH , rồi sau đó đi vào đường hút của máy nén MN ( quá trình 4-1’) . Tại điểm này chất làm lạnh lỏng đã nhận đủ nhiệt để hoá hơi hoàn toàn (có nhiệt độ và áp suất thấp ).Trong hệ thống máy lạnh người ta còn sử dụng van tiết lưu để điều chỉnh sự quá nhiệt .Tại máy nén quá trình nén được lặp lại và bắt đầu chu trình mới . Tóm lại chu trình làm lạnh kiểu nén gồm các quá trình : - Hơi chất làm lạnh áp suất thấp bị nén và đưa vào bộ ngưng tụ . - Hơi chất làm lạnh có áp suất cao nhiệt độ cao được làm nguội và ngưng tụ thành chất lỏng trong thiết bị ngưng tụ . - Chất làm lạnh lỏng đi qua thiết bị điều khiển lưu lượng và đi qua bộ bốc hơi - Khi áp suất giảm trong bộ hoá hơi , chất làm lạnh sẽ hoá hơi . Khoảng 20% chất làm lạnh chuyển sang trạng thái hơi để làm nguội phần còn lại của chất làm lạnh đến nhiệt độ hoá hơi . - Nhiệt được hấp thụ bởi chất làm lạnh lỏng áp suất thấp , nhiệt độ thấp và hoá hơi hoàn toàn . - Hơi chất làm lạnh có áp suất thấp nhiệt độ thấp được đưa vào máy nén lặp lại chu trình . 2.3 Chu trình làm lạnh 2 cấp : Khi dùng máy nén 1cấp, nếu tỉ số nén quá cao thì sẽ dẫn đến nhiệt độ của hơi nén quá cao, làm cho hơi nén dễ bị phân huỷ hoá học, do đó để khắc phục nhược điểm này người ta đã sử dụng hệ thống làm lạnh 2 cấp và có làm lạnh hơi trung gian giữa hai cấp nén. Hồ Việt Dũng Trang 22 Hệ thống làm lạnh hai cấp dùng hơi amôniăc Hình 10 Hình 11 Có rất nhiều chu trình 2 cấp và nhiều cấp với các cách bố trí thiết bị khác nhau. Ở đây chúng ta sẽ khảo sát chu trình 2 cấp làm mát trung gian không hoàn toàn 1 tiết lưu là chu trình 2 cấp nén đơn giản nhất Chu trình làm việc như sau : Hơi ra ở thiết bị bay hơi có trạng thái bão hoà 1 được máy nén hạ áp hút và nén lên trạng thái 2 (áp suất trung gian) sau đó được làm mát trung gian (bằng nước hoặc không khí môi trường ) xuống đến trạng thái 3 có nhiệt độ bằng nhiệt độ ngưng tụ Tk và được máy nén cao áp hút và nén lên trạng thái 4 (áp suất ngưng tụ Pk ) . Sau khi được làm mát và ngưng tụ , môi chất lỏng được đưa vào van tiết lưu và tiết lưu xuống áp suất P o và cấp cho dàn bay hơi . Ở dàn bay hơi môi chất lỏng sôi thu nhiệt của môi trường lạnh . Hơi tạo thành trong thiết bị bay hơi lại được máy nén hạ áp hút về khép kín chu trình lạnh . 2.4 Các bộ phận chính của hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi : Trong hệ thống làm lạnh kiểu nén hơi có 4 bộ phận chính : máy nén , bộ bốc hơi , bộ ngưng tụ và thiết bị điều chỉnh lưu lượng . 2.4.1 Máy nén lạnh Trong kỹ thuật làm lạnh, có rất nhiều loại máy nén lạnh khác nhau như máy nén pittông, trục vít, rôto, turbin…và máy nén lạnh được coi là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống lạnh. Hồ Việt Dũng Trang 23
- Xem thêm -